In een recent artikel gepubliceerd in nanoschaal , onderzoekers van de Nanomagnetism-groep bij nanoGUNE hebben het gebruik van hybride magnetisch-plasmonische elementen aangetoond om contactloze en selectieve temperatuurregeling in magnetische functionele metamaterialen te vergemakkelijken.

In vergelijking met de huidige wereldwijde verwarmingsschema's, die traag en energie-inefficiënt zijn, lichtgestuurde verwarming met behulp van optische vrijheidsgraden zoals golflengte, polarisatie, en macht, maakt efficiënte lokale verwarmingsschema's mogelijk voor gebruik in nanomagnetische berekeningen of om collectieve opkomende verschijnselen in kunstmatige spinsystemen te kwantificeren.

Magneten op nanoschaal met één domein die interageren via contactloze magnetostatische interacties zijn belangrijke metamaterialen voor toepassingen zoals magnetische gegevensopslagapparaten, informatieverwerking met laag vermogen, en het bestuderen van collectieve verschijnselen in zogenaamd kunstijs. Deze magnetische metamaterialen worden vervaardigd met behulp van elektronenstraal-nanolithografie, waarbij elke gewenste tweedimensionale opstelling van dunne-film magnetische elementen met afmetingen van enkele honderden nanometers kan worden ontworpen.

De functionaliteit van dergelijke magnetische metamaterialen wordt bepaald door het vermogen om het nettomoment van elke nanomagneet om te keren om de algehele wederzijdse magnetostatische interacties te minimaliseren, wat sneller gebeurt bij hogere temperaturen. Door de jaren heen, er zijn verschillende verwarmingsschema's gebruikt om netwerken van op elkaar inwerkende nanomagneten in een evenwichtstoestand te brengen, variërend van thermisch gloeien van stabiele magneten tot de fabricage van snel fluctuerende ultradunne superparamagnetische elementen.

Momenteel, thermische excitatie van kunstmatige spinsystemen wordt bereikt door thermisch contact met een heet reservoir, ofwel door het hele onderliggende substraat te verwarmen, of door een elektrische stroom in een geleidende draad in de buurt. Al deze benaderingen zijn energetisch inefficiënt, ruimtelijk niet-discriminerend, en intrinsiek langzaam, met tijdschalen van seconden tot uren, waardoor het moeilijk is om een ​​echte evenwichtstoestand te bereiken in uitgebreide gefrustreerde nanomagnetische roosters. Verder, voor implementatie in apparaten van magnetische metamaterialen, bijv. magnonische kristallen en nanomagnetische logische circuits, globale verwarming mist de controle, ruimtelijke discriminatie, en snelheid vereist voor geïntegreerde werking met CMOS-technologie.

Door een hybride benadering toe te passen die een plasmonische nanoverwarmer combineert met een magnetisch element, in dit werk, de auteurs stellen de robuuste en betrouwbare controle van lokale temperaturen in nanomagnetische arrays vast met contactloze optische middelen. Hier, plasmonondersteunde fotoverwarming zorgt voor temperatuurstijgingen tot enkele honderden Kelvins, die leiden tot thermisch geactiveerde momentomkeringen en een uitgesproken vermindering van het magnetische coërcitiefveld. Verder, de polarisatie-afhankelijke absorptiedwarsdoorsnede van langwerpige plasmonische elementen maakt subrooster-specifieke verwarming mogelijk op sub-nanoseconde tijdschalen, wat niet mogelijk is met conventionele verwarmingsschema's. De auteurs kwantificeren experimenteel de optische en magnetische eigenschappen van arrays van enkele hybride elementen en vertex-achtige assemblages, en presenteer strategieën om efficiënte, snel, en selectieve controle van de thermisch geactiveerde magnetische omkering door keuze van brandpunt, pomp vermogen, licht polarisatie, en pulsduur.

Daarom, de ontwikkeling van efficiënte, niet-invasieve, door plasmon ondersteunde optische verwarming van nanomagneten maakt flexibele controle mogelijk van lengte- en tijdschalen van de thermische excitatie in magnetische metamaterialen. Dit maakt diepere studies mogelijk van evenwichtseigenschappen en opkomende excitaties in kunstmatige spinsystemen, evenals open deuren voor praktisch gebruik in toepassingen zoals nanomagnetische berekeningen met laag vermogen.